关于“电路中各点电位的分析”的教学

　　摘要：电位、电压的概念及二者的关系以及电位的求解，学生很容易混淆，在教学中也是一重点，本文针对这些提出了几点在课堂教学中应注意的问题。
　　关键词：电位 电压关系教学
　　中图分类号：G4文献标识码：A文章编号：1672-3791(2011)02(a)-0000-00
　　
　　电位的概念是电路的重要物理量之一，在电路分析中有广泛的运用。在教学中，仅泛泛讲解，学生很难理解并掌握基本知识点，如果在介绍抽象概念的同时辅以例题讲解，再让学生亲手实验，就能将抽象的概念融入实践，学生就能理解掌握所学的知识，实现教学目的。
　　1 关于电位的概念
　　在电路中任选一点为参考点，则某点到参考点的电压就叫这一点的电位。实际上，电位就是单位正电荷在电场中某点所具有的能量。要使学生充分理解这一概念，必须讲清下列几点：
　　(1) 关于参考点
　　讲解电位时应强调参考点，学生可能不明白为什么要选参考点，可先以计算物体所处的高度是以海平面作为参考点为例来说明：计算电位时也要先指定参考点，参考点电位规定为零（如：选D为参考点，则φD=0V）；这样电路中其他各点电位才可以用数值来表示。比参考点高的电位为正，比参考点低的电位为负。不指定参考点来讨论电位是没有意义的。因为电压的定义就是电位差，所以以零电位为基准的某点电压就称为该点的电位。原则上，参考点是可以任意选定的，但习惯上认为大地的电位为零，这是因为大地容纳电荷的能力极大（即电容量极大），不会因局部电荷注入而影响它的电位高低。有些用电设备的机壳是需要接地的，凡与机壳相连的各点电位均为零；有些设备的机壳不一定和大地相连，有很多元件都要汇集到一个公共点（即用符号⊥表示），为了分析方便，可规定这一点为参考点。参考点一经选定之后，各点电位的计算即以该点为准。选定的参考点不同，电路中各点电位也就不同。
　　(2) 电位与电压的区别与联系
　　电位和电压是不同的两个概念，电位是相对的，它的大小与零电位点的选择有关，当参考点发生变化时电路中各点的电位也会发生变化：电压是绝对的，它的大小与零电位点的选择无关，参考点变化时，电路中两点之间的电压不会变化。电位只是电路中某点的电位，其大小等于该点到参考点两点之间的电压；而电压是电路中某两点之间的电压。例如：UAB指的是A、B间的电压，而UBA指的是B、A间的电压，UAB=φA-φB；UBA=φB-φA，所以，凡说到电压，必须指明是哪两点之间的电压。在实际中学生很容易将二者弄混。如：将电压写作UA，将电位写作φAB，很显然，这种写法是错误的，这就是没弄清电位是“某点”而电压是“两点之间”的区别（正确的写法应为φA、UAB）。电压的实际方向是从高电位端指向低电位端，即电压的实际方向是电位降低的方向。
　　2 关于电位的计算方法
　　在讲解这一点时，应先从电位与电压的这一关系（即电路中某两点之间的电压就等于该两点之间的电位之差：UAB=φA-φB）着手。得出这样的结论：求电位的问题实质就是求电路中两点之间电压的问题，就把求电位转化成求电压，求电路中两点之间的电压对同学们来说并不陌生。在说明上述一、二两点时，可结合以下例题讲解。
　　例1．如图1：已知R1=100Ω、R2=1400Ω、US1=10V、US2=5V，求：UAB、φA、φB
　　解：（1）选D为参考点，则：φD=0V
　　I=（10+5）/（100+1400）=0.01A；φA=UAD=1400×I-5=0.01×1400-5=9V
　　φB=UBD=-5V；UAB=φA-φB=9-（-5）=14V
　　（2）若选C为参考点，φc=0V
　　I=（10+5）/（100+1400）=0.01A
　　φA=UAC=-100×I=-100×0.01=-1V
　　φB=UBC=-I×（100+1400）=-0.01×1500=-15V
　　UAB=φA-φB=-1-（-15）=14V
　　上述数据中，当参考点由D变到C时，电路中A、B两点的电位分别由9V、-5V变化到-1V、-15V，但A、B两点间的电压UAB却仍为14V。从例子很直观地就能得出结论：当参考点发生变化时，电路中各点电位也会发生变化，但电路中两点间的电压却不变。
　　3 关于等电位点
　　讲解这一概念，要着重等电位点的定义及等电位点的特点，从下列例题入手：
　　例2．如图2：R1=6Ω，R2=2Ω，R3=9Ω，R4=3Ω，R5=R6=4Ω，选D为参考点，A、B、C三点的电位分别为：
　　φA=12/8×2=3V、φb=12/12×3=1V、φc=12/8×4=6V。
　　从例2的结论中得定义：像A、B这样电位相同的点叫等电位点。特点：①.各点之间虽没直接联系，但其电位相等，等电位点间电压为零。②.既然电压为零，则若用导线或电阻元件将等电位点连接起来，其中没有电流流过，不会影响电路原有的工作状态，即连接后不会影响电路中各点的电位及各部分的电压和电流。
　　上述是从理论上分析了电位的概念及电位与电压的关系及特点，学生会迷惑，难道电压和电位关系真如上所讲，特别是例2中A、B是电路中不同的点，电位竟然相等，而且，等电位点如用导线连接，真不会影响电路的工作状态吗？对此可以下面的实验（图3）让学生分组按下列步骤做实验：
　　(1) 按图